Введение к работе
Актуальность исследований. Среди всего разнообразия водных объектов Российской Федерации широкое распространение получили малые реки. Протекая по огромным территориям, эти водотоки, непременно вовлекаются в хозяйственную деятельность человека, являясь источниками водных ресурсов и приемниками сточных вод. Около 30 % населения Российской Федерации проживает на их водосборной площади.
На водосборной территории малых рек сформировались природ-но-техногенные системы, включающие в себя, помимо природной составляющей, техногенный блок, управляющий составом и свойствами компонентов природы, и природными процессами для достижения заданной социально-экономической цели. Таким образом, за формирование природно-техногенных систем отвечают не только природные факторы, но и антропогенное воздействие. К числу природных факторов следует относить физико-географические характеристики водосборного бассейна (географическое положение, рельеф, климат, геологическое строение, почвы, растительность), которые оказывают существенное влияние на процессы формирования стока. По мнению Г.В. Воропаева (1976, 1980, 1984 гг.), С.Л. Вендрова (1979, 1981 гг.), Н.В. Разина (1981 г.), В.И. Антроповского (1984, 1985, 1986, 1996, 2004 гг.), И.А. Шиклома-нова (1989 г.), Р.А. Нежиховского (1987, 1990 г.), В.С. Лапшенкова (1994, 2003 гг.), В.А. Балкова (1996 г.), И.С. Шахова, В.Я. Черняка (2000 г.), А.М. Черняевой (2001 г.), А.М. Анохина (2004 г.), М.М. Мордвинцева (2011 г.) и других ученых, именно влияние антропогенных факторов стало основной причиной снижения водности малых рек и ухудшения качества воды.
Методической основой разработки управления природно-техногенными системами рек являются исследования Г.Х. Исмайылова (1978 г.), С.Н. Крицко-го, М.Ф. Менкеля (1981, 1982 гг.), СЕ. Денисова, В.Н. Дерябина (1982 г.), А.М. Гареева (1989 г.), Д.Я. Ратковича (1993 г.), А.М. Черняевой (1993 г.), А.П. Лепихина (1995 г.), А.Е. Косолапова (1995, 1996, 1999, 2001 гг.), А.Н. Попова, Н.Б. Прохоровой (1997 г.), В.Г. Дубининой (2001 г.) и других ученых.
Развитие горнодобывающей отрасли в Кемеровской области связано с нарушением геологической среды, и в значительной мере обусловлено увеличением доли открытого способа добычи полезных ископаемых с формированием новых, техногенных ландшафтов, т.е. вовлечением новых земель сельскохозяйственного назначения. Регион занимает первое место в Сибирском федеральном округе по количеству нарушенных земель, в том числе водосборных территорий, и имеет самый низкий процент рекультивируемых земель по России. Влияние техногенных факторов стало основной причиной снижения водности малых рек и ухудшения качества речной воды. Сегодня по Кузбассу в восстановлении нуждается более 60 тыс. га земель (более 90 тыс. га по другим данным), использованных при разработке полезных ископаемых. Сложившаяся в бассейнах малых рек водохозяйственная и экологическая ситуация, требует неотложных мер по восстановлению, реабилитации и охране водных ресурсов малых рек. Восстановление малых рек и рекультивация нарушенных водосбор-
ных территорий, возвращение их в хозяйственный оборот является особенно актуальной проблемой для Кемеровской области.
Целью исследований является теоретическое и практическое обоснование способов рекультивации нарушенных земель и повышение качества и надежности проектных работ, направленных на достижение безопасного уровня функционирования водных экосистем.
Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:
анализ и оценка современного состояния природно-техногенных комплексов малых рек Кузбасса;
исследование влияния естественных и антропогенных факторов на современное состояние водосборных бассейнов малых рек;
натурный выбор объектов исследования;
проведение полевых исследований и экспериментов по разработке комплекса технологий рекультивации техногенно нарушенных земель;
разработка технологий проектирования рекультивационных мероприятий в бассейне малой реки с использованием систем автоматизированного проектирования работ (САПР).
Объект исследований: природно-техногенная система бассейна малой реки, сформированная в результате горнодобывающих работ.
Предмет исследований: технические и технологические приемы восстановления и реабилитации малых водотоков с использованием систем автоматизированного проектирования.
Научная новизна результатов исследований. Впервые предложено использование САПР на примере программного комплекса Autodesk AutoCAD Civil 3D при проектировании природоохранных мероприятий в Кемеровской области, новых приемов рекультивации и охраны водных объектов.
Дана качественная и количественная оценка влияния естественных и антропогенных факторов на состояние природно-техногенных систем малых рек. Определены критерии выбора природоохранных мероприятий, направленных на реконструкцию русел малых рек и рекультивацию водосборов.
Методы исследований, исходные материалы. Методологической основой работы являются обобщенные современные представления о формировании поверхностных вод и прилегающей территории, в условиях существенного увеличения антропогенного воздействия на водосборы и экологической устойчивости водных экосистем. При проведении исследований использовались методы географо-гидрологического анализа, экспертной оценки, методы картирования. При обработке результатов применялись методы математической статистики, а также математического моделирования. В качестве исходных материалов использовались наработки, выполненные при непосредственном участии автора в ООО «Центр инженерных технологий» (2013-2016 гг.), в том числе данные полученные путем обследований и измерений на местности.
Достоверность полученных результатов подтверждается использованием официальной информации о состоянии и использовании водных ресурсов,
применением стандартных методов статистической обработки данных, положительными результатами внедрения исследований в практику проектирования.
Практическая значимость результатов исследований. Обоснован выбор инженерно-технических решений по восстановлению русел малых рек, в том числе по локальному улучшению их гидрологического режима. Определены целевые ориентиры восстановления с учетом специфики природных условий и состоянием восстанавливаемого водотока и его водосборной площади в современных (реальных) условиях. Определены объемы рекультивационных работ водосборных участков рек Заломаева, Верхняя Тыхта и Кыргай с целью предотвращения деградации водных экосистем.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Результаты исследования значимости природных и техногенных условий территории при формировании современной экологической ситуации малых рек Кемеровской области.
-
Восстановление и рекультивацию нарушенных территорий необходимо решать в комплексе с мероприятиями по экологической реабилитации малых рек.
-
Технологическая модель системы автоматизированного проектирования при восстановлении природно-техногенной системы бассейна малой реки.
Апробация работы. Результаты работы были представлены, обсуждены и одобрены IX, X, XI Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству (г. Барнаул, 2014-2016 гг.); I и II региональных молодежных реферативно-практических конференциях «Теория и практика инновационного развития в представлениях нового поколения» (г. Барнаул, 2015-2016 гг.), а также на ежегодных научных семинарах кафедры гидравлики, с/х водоснабжения и водоотведения Алтайского государственного аграрного университета.
Личный вклад соискателя состоит в обосновании идеи работы и ее реализации путем постановки цели и задач исследования, непосредственного участия в выполнении аналитических и экспедиционных исследований, разработке проектных решений с использованием САПР, а также обобщения результатов исследований и разработки рекомендаций по их использованию, внедрению результатов исследований.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 3 публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Тема диссертационного исследования соответствует формуле и области исследований пп. 10, 15, 24 паспорта специальности ВАК РФ 06.01.02 - «Мелиорация, рекультивация и охрана земель».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и библиографического списка из 161 наименований, содержит 130 страниц текста, в том числе 9 таблиц и 33 рисунка.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю д.с-х.н. В.И. Заносовой за ценные советы и замечания, коллекти-
ву ООО «Центр инженерных технологий» за постоянную помощь при написании работы; благодарит за высказанные замечания и помощь при оформлении работы сотрудников кафедры гидравлики, с/х водоснабжения и водоотведения АГАУ и выражает искреннюю благодарность директорам ООО «Центр инженерных технологий» Яковченко Тимуру Геннадьевичу и Жорову Виктору Алексеевичу, за оказанную помощь при проведении экспедиционных исследований.